転写調節

細胞が遺伝子を制御する最初の最も経済的な段階は、転写を行うかどうかの決定であり、これはシグナルを読み取り、特定のDNA配列に結合して転写をオンまたはオフにする調節タンパク質によって行われます。

Definition

転写調節とは、遺伝子がRNAに転写されるかどうか、およびその頻度を制御することであり、主に特定のDNA配列に結合し、RNAポリメラーゼの活性を調節する調節タンパク質によって達成されます。

Scope

このトピックでは、誘導性および抑制性転写の古典的なモデルとしての細菌のオペロン、リプレッサー、アクチベーター、およびインデューサーの役割、真核生物における転写機構を動員するプロモーターとエンハンサー、配列特異的転写因子とそのドメイン、および組み合わせ制御について扱います。転写開始レベルでの調節について扱い、転写後のRNAによる調節およびクロマチン状態による調節は隣接するトピックで扱われます。

Core questions

• lacオペロンは、栄養素に応答して遺伝子発現をどのようにオンオフするのでしょうか？
• アクチベーターとリプレッサーの違いは何ですか？
• プロモーターとエンハンサーは、真核生物において転写機構をどのように動員し、配置するのでしょうか？
• 転写因子の組み合わせ結合は、どのようにして正確な発現パターンを生成するのでしょうか？

Key concepts

• オペロン：誘導性および抑制性制御
• リプレッサー、アクチベーター、およびインデューサー
• プロモーターとエンハンサー
• 配列特異的転写因子
• 発現の組み合わせ制御

Mechanisms

調節タンパク質は特定のDNA配列を認識し、RNAポリメラーゼの結合と進行を阻害または促進します。細菌では、単一のリプレッサーが小分子シグナルに応答して共転写される遺伝子のオペロンを制御できますが、真核生物では、多くの転写因子が遠隔のエンハンサーを介して組み合わせ的に作用し、プロモーターにループを形成して転写速度を決定します。

Clinical relevance

転写制御は細胞のアイデンティティを決定し、変異した転写因子や乗っ取られたエンハンサーによるその破壊は、多くの癌や発達障害の根底にあります。一方、操作された転写スイッチは、研究や新たな治療法におけるツールとなっています。

History

JacobとMonodによる1961年の大腸菌のlacオペロンに関する研究は、遺伝子が環境に応答する調節タンパク質によってスイッチされるという考えを導入しました。Ptashneによるその後のファージリプレッサーの解明は、そのようなタンパク質がどのように機能するかを詳細に示し、真核生物のエンハンサーの研究は、この原理を複雑な発達制御にまで拡張しました。

Key figures

• François Jacob
• Jacques Monod
• Mark Ptashne

Seminal works

• jacobMonod1961

Frequently asked questions

オペロンとは何ですか？

オペロンとは、細菌において単一のプロモーターから一緒に転写され、単位として制御される遺伝子のクラスターであり、細胞がシグナルに応答して関連する遺伝子のセット全体を一度にオンまたはオフにすることを可能にします。

エンハンサーはどのようにして遠く離れた遺伝子に作用するのですか？

エンハンサーは、転写因子に結合し、配列上遠く離れていても遺伝子のプロモーターに影響を与えるDNA配列です。DNAがループを形成し、エンハンサーに結合したタンパク質がプロモーターの転写機構と接触します。